铸造钛合金技术及产业化发展

 

    目前，一些先进的航空大型涡轮发动机的重要部件，如RB199的中介机匣、CF6-80C的风扇机匣都采用大型复杂薄壁钛合金整体结构精铸件。在军用飞机机身上，世界先进的战斗机如美国B-2轰炸机、法国幻影2000及俄罗斯Cy-27CK战斗机的钛用量都到达了20%以上，我国战斗机的钛用量也在不断增大，如20世纪80?年代开始服役的歼8系列的钛用量为2％，新一代战斗机的钛用量为10%~30%。

 

 

    铸造是金属零件热成型的一项重要工艺技术。钛合金精密铸造是钛合金零件近净成型的先进方法，该方法保证了零件的结构完整性，简化了机加工量，减少或省去了零件组焊，提高了装配效率，稳定了质量，同时降低了用钛成本。由于钛在高温下具有极高的化学活性，液态金属成形过程中质量控制难度极大，钛合金精密铸件是集金属材料学、化工陶瓷学、真空冶金学、高精度加工检测技术、高分辨率无损检测技术、计算机辅助设计和制造技术及数值模拟仿真技术等实现的高技术产品。目前世界上只有少数几个国家掌握了该项技术。异型薄壁钛合金精密铸造技术代表了钛合金精密铸造技术的高难度、高水平。20世纪80年代中期，美国PCC、Howmet等公司开始研究大型薄壁整体钛合金结构件的精铸技术，并相继建立和扩大了大型薄壁整体钛合金结构件精铸的生产条件和规模，成功研制了F-100、CFM-56、CF6-80、F-119等发动机的大型薄壁整体钛合金中介机匣、风扇机匣、高压压气机机匣等大型薄壁整体精铸钛合金件。

 

    国内钛合金铸件在航空领域上的应用是从二十世纪八十年代中期开始的，经过多年的发展和技术改造，国内主要是北京航空材料研究院百慕高科、安吉精铸、中船重工第七二五研究所、沈阳铸造所等钛合金铸造水平较高，目前已有较完整的科研生产线。“九五”至“十一五”期间，突破了航空发动机及航天飞行器用大型复杂钛合金构件整体精铸的关键技术，为型号研制提供了技术保障，随着国内航空航天钛合金精密铸件的应用，促进了国内钛合金精密铸造技术水平的提高，钛合金精密铸件正在接近或达到国外质量水平。
 

 

 

    未来的钛合金精密成形技术将向数字化、信息化、自动化及绿色环保的方向发展。大力开展钛合金铸造数值化模拟仿真技术的研究开发，实现钛合金铸件研发制造全过程的数字化模拟仿真。并建设钛合金铸造专家系统，实现钛合金铸件研制的数字化、信息化、自动化、工程化。通过计算机数字模拟仿真替代多轮的迭代试制，缩短研发周期，减少材料消耗，降低研发成本，提高产品质量和可靠性。

 

    在铸造钛合金合金研制方面，所拥有的钛合金材料体系覆盖低强度、中强度、高强度，工作温度分低温（室温以下）、中温（400℃左右）、高温（500℃以上）。从ZTC4国产化开始，开发出了ZTA7、ZTA15等铸造钛合金。近年来重点开展TiAl、Ti3Al等高温铸造钛合金材料研究，同时进行了中温、高强钛合金的工程化研究与应用开发。有些即将进入工程应用。钛铝合金铸件已研制出直径500mm铸件，开始进入工程化研究阶段。